酵母基因组组蛋白修饰之间相关性的研究

我们在对染色质修饰作用进行研究的过程中,发现以往的研究只关注化学修饰间的线性关系,而对于非线性关系未充分重视。为此,我们对Pokholok等(2005)人测出的酵母组蛋白甲基化修饰与乙酰化修饰数据进行了插值处理,得到了16种全基因组组蛋白修饰数据。然后对每组修饰数据在TSS位点上、下游各取1 000 bp进行对齐、平均、平滑和归一化处理。我们发现,根据酵母基因转录水平数据,可将组蛋白修饰数据分为两大类:一类是转录增强修饰群体,一类是转录抑制或转录无关修饰群体。为了揭示不同转录活性基因上修饰间的复杂关系,我们分别利用Pearson相关分析法和Reshef等(2011)人提出的MINE算法得到了以上修饰之间的相关性。最后对该结果进行分析,得到了修饰之间的一些非线性关系,同时发现同群体间修饰的关联性更强。     

基于DNA弯曲度的H2A.Z核小体定位与修饰研究

在真核生物染色质中,H2A.Z是高度保守的组蛋白变异体,与转录调控、基因组的稳定性密切相关。为了探讨组蛋白修饰、DNA弯曲度与H2A.Z核小体定位三者之间的关联,在得到实验所测的相关数据后,利用MINE算法并结合皮尔逊相关系数在酵母全基因组的转录起始位点周围探讨了三者间的线性与非线性关系。其中MIC算法可以定量的得出数据之间关联度大小的值,用于衡量数据之间是否存在着关联,而皮尔逊相关系数则用于检查是否为线性关联。结果除了发现大部分组蛋白修饰种类和核小体定位之间存在着线性关联外,还探测到有两种组蛋白修饰数据(H4ac修饰与GCN4修饰)和核小体定位数据之间存在着以往未发现的非线性关系(大致呈正余弦函数),并从数据的生物背景(组蛋白修饰与核小体位置)上探讨了出现非线性现象的原因。     

两种模式生物核小体定位比较研究

在对两种模式生物酵母与果蝇胚胎期核小体定位进行研究时,发现不同物种间以及同一物种中不同表达模式基因上的核小体分布呈现出差显著异性。在总体上,转录起始位点附近的酵母核小体NFR区域比果蝇的NFR短。经基因中心对齐后,酵母与果蝇胚胎期沉默型基因的核小体缺失区域的两个边界中间处共同呈现了一个明确有着均匀间隔的核小体数n,且随着基因长度L的变长其周期性特性逐渐变模糊,但果蝇的图谱表现的更为复杂。结果表明,从单细胞酵母生物到多细胞果蝇生物间基因组的进化过程中,核小体组织的演化既有变异性,也具有保守性。     

染色体三维结构重建方法研究

染色体三维结构重构问题是近年生物领域中基因组学的热点研究问题,是以二维交互频率数据为基础来预测其三维空间结构。最新相关实验表明染色质的三维空间结构对于基因表达、调控等方面都具有重要意义。而Hi-c数据能利用染色质交互信息形成二维接触矩阵重构出染色体三维结构。本综述以染色体三维结构重建方法为研究对象,通过对染色体三维结构重建方法进行比较分析,综述了目前基于Hi-c数据在染色体三维结构重建中的经典方法,系统介绍了染色体三维结构重建技术的发展脉络,以促进染色体三维结构重建的进一步研究。     

基于核小体位置预测的酵母进化印迹研究

在利用核小体定位实验数据训练支持向量机(SVM)对任意酵母DNA序列的核小体形成能力进行预测的过程中,发现染色质结构对基因组DNA分子进化过程有着显著影响。我们观察到核小体DNA比连接DNA的平均预测准确率低15%,这种普遍存在的局部预测准确率差异性代表了酵母核小体定位的进化印迹(Evolutionary footprint),它揭示了核小体组织在基因组的整个进化过程中所具有的保守性。     

果蝇胚胎期不同表达模式基因转录起始位点上游核小体的定位

在研究果蝇胚胎期核小体定位时,发现不同表达模式基因上的核小体定位特征有着很大的差异。与以往研究结果不同的是,在果蝇胚胎期限制性表达基因的转录起始位点上游-1核小体位置上存在着H2A.Z核小体。有趣的是,与单细胞酵母基因上的核小体定位相比较发现,果蝇胚胎期限制性表达基因上的核小体排列与酵母极其相似。     

基于遗传算法酵母核小体定位性质预测

在DNA序列上,定位模糊的特殊核小体与定位良好的普通核小体同时存在于染色体区域内,但由于二者的化学性质差异不明显,区分较为困难。本文针对实验核小体在真核基因转录起始位点周围的分布规律和保守性建立了一个核小体分布模型,并在前人所做的预测核小体位置的工作基础上,利用遗传算法寻找模型上不同性质核小体的分布中心,构建核小体定位性质判别准则,最终确定了转录起始位点上、下游定位良好和模糊核小体的位置。     

基于希尔伯特-黄变换的核小体定位特征提取

核小体是染色体折叠的整体结构,它们的空间分布与基因组活动的调节密切相关,是基因工程和表观遗传的重要研究领域。为进一步研究核小体定位特征的物种间差异性,将希尔伯特-黄变换(HHT)引入到酵母和果蝇两个不同物种的定位信号中,从多个角度客观分析核小体定位信号特征在两个物种间的差异性。在此基础上,对酵母和果蝇核小体分布的周期特征和进化印记进行尺度和频域分析,结果表明酵母和果蝇染色体在组织结构上存在显著差异。本文研究思路为准确提取信号瞬时频率提供了前提条件。     

基于距离转换参数优化的HiC数据增强分析

高通量染色质构象捕获(HiC)技术可反映染色体各位点之间的接触情况,为研究染色体三维空间结构和基因共调控机制提供依据.但目前受到测序技术和实验成本的制约,生物实验通常只能获得大量中低分辨率HiC数据,造成染色质远距离接触信息的缺失,为此,本研究将最短路径原理应用于增强低分辨率的HiC数据.首先将染色体接触数据转换为距离矩阵,利用Floyd算法对其进行最短路径更新后,再将其逆变换为增强的HiC数据,从而实现对远距离接触信息的恢复.在距离转换过程中,以Spearman相关系数作为评估指标,利用自适应权值粒子群算法(APSO)对转换参数进行全局寻优.本研究对人类不同组织细胞(人B淋巴细胞系(GM12878),人胚肺成纤维细胞系(IMR90)和人类白血病细胞系(K562))HiC数据进行了增强,结果表明该算法能够对不同下采样的HiC数据显著增强.本研究的研究思路可为HiC数据增强提供有益借鉴.     

基于Hi-c数据的酵母染色体三维结构重构

通过染色体交互频率数据(Hi-c)来预测染色体三维空间结构是近年表观遗传研究热点。研究表明染色体三维空间结构在生物基因表达、调控等方面起到重要作用,对其进行三维重构是研究细胞代谢过程的基本途径。针对酵母Hi-c数据在不同染色体所呈现出的统计特征,拟合出每条染色体交互频率数据分布的数学模型,然后利用梯度上升迭代算法预测并重构其三维结构,并给出模型评估指标。实验结果表明,模型具有较高可重复性和预测精确度。